整合應用處理器風行手機多媒體潮流突顯基頻重要性

2004-09-30
基頻IC就是手機內部成本最高的元件之一,也是手機用IC市場中產值最高的IC產品。 隨著無線通訊系統由低傳輸速率的2G演變至高傳輸速率的...
基頻IC就是手機內部成本最高的元件之一,也是手機用IC市場中產值最高的IC產品。  

隨著無線通訊系統由低傳輸速率的2G演變至高傳輸速率的3G,並且在照相、音樂、影音功能等手機多媒體化的應用逐漸增多情形下,市場對於基頻IC的需求,不但不像射頻IC受技術成熟影響出現產值成長趨緩的情形,反而隨著應用功能的增多讓基頻與相關處理器的用量及產值不斷上升。  

手機基頻IC成本之所以不斷攀升的原因,除了在於支援功能的增加外,手機基頻晶片架構亦由過去的單處理器核心轉變為雙處理器,甚至必須增加額外的多媒體處理器,以提升數據/多媒體應用的處理效能。  

以基頻晶片領導廠商德州儀器(TI)的晶片組平台為例。在最低階的GSM晶片組「TCS110」中所採用的數位基頻「TB1100」便已採用C54x DSP與ARM7TDMI的雙核心架構,由DSP負責多媒體處理任務,ARM處理器負責UI、OS、控制等軟體執行任務。雙核心架構最主要的用意即在於分散單核心處理器的處理工作,以提升處理效能與速度。類似這種雙核心的數位基頻晶片架構亦已廣泛應用在Freescale、Infineon等手機半導體廠商的產品上。  

除了數位基頻架構的改變之外,為了滿足越來越多的多媒體與應用程式以及更為複雜的作業系統需求,手機用基頻晶片的運算與程式執行功能,亦由過去單一數位基頻獨立負責,轉變為增加額外的應用處理器或多媒體處理器來負責高階多媒體功能的運作。目前數位基頻與應用處理器的結合多應用在多功能手機、智慧型手機,或 3G手機上。一般而言,這類強調多媒體執行能力的基頻晶片平台多由一個完整的手機通訊平台再加上一組應用處理器晶片組所組合而成。例如TI的多媒體手機或智慧型手機的解決方案以「TCS」無線通訊平台加上「OMAP」應用處理器;Freescale的智慧型手機解決方案則是採用該公司的「i.200」、「i.250」、「i.300」等由2G到3G的無線通訊平台再加上「i.MX」應用處理器。  

基頻市場持續保持成長態勢  

根據國際研究機構IDC的統計,手機用IC的產值將從2003年的201億美元成長至2008年的364億美元,其中基頻IC(含類比與數位基頻)所佔的比重亦將由2003年的40.8%成長至2008年的42.1%。如果把與基頻運作息息相關的記憶體列入計算,那麼基頻加記憶體的總產值更佔手機用IC市場總產值65%,由此可看出,基頻端IC不僅是手機內部成本結構中比重最高的IC,更是決定手機半導體大廠市場地位的關鍵產品。  

若從各類型處理器的市場來看,整體手機用基頻IC的產值將由2003年的82億美元大幅成長至2008年的153億美元。  

由於數位基頻與類比基頻為各種型態手機必備之關鍵IC,因此這兩類IC雖然在基頻IC市場的產值比重由2003年的26.3%(類比基頻)與67.5%(數位基頻),降為22.9%(類比基頻)與59.0%(數位基頻),但兩者仍佔基頻市場的80%以上。  

值得注意的是,應用處理器雖然在2003年僅佔基頻市場的2.5%,但隨著多媒體功能的增加與作業平台的複雜度提高,未來的使用量將大幅上升,預估到2008年可望達16%的基頻市場佔有率。  

至於多媒體處理器雖然在2003年微幅領先應用處理器,不過,多媒體處理器大多應用在圖形或影像等處理工作上,其功能已逐漸被數位基頻或應用處理器取代,因此預估到2008年,其在基頻市場的比重將下滑至2.2%。  

從手機的內部運作結構來看,基頻無疑是扮演著左右產品發展方向的關鍵角色,同時更是手機製造廠在設計製造過程中最核心的部分。一般來說,手機製造廠可能在成本考量下更換射頻晶片或其他附加的半導體,但除非代工客戶指定,或為了開發新機種,並另外投入研發設計資源,否則一旦決定採用一家廠商的基頻晶片之後,便甚少再更換基頻晶片。  

由此可看出,基頻晶片對於手機製造廠的影響力之大,也使得目前在手機半導體市場上維持領先地位的廠商,幾乎都具有基頻晶片與應用處理器的開發能力。  

以2003年全球無線通訊半導體廠商市佔率來看,在前十大的廠商中,除了RF MD專攻射頻收發器(RF Transceiver IC)與功率放大器(PA),並且具有Nokia這個手機龍頭為後盾而得以進入前十大之外,其他廠商皆擁有射頻到基頻,甚至系統解決方案的產品線。其中,位居前兩大的TI與Qualcomm更分別掌握了GSM系統與CDMA系統手機基頻晶片絕大部分的市場。  

以下便進一步說明市佔率的前三大廠商TI、Qualcomm、Motorola/Freescale的發展現況與策略。  

三大基頻供應商纏鬥未休  

TI加緊腳步 意圖擴大領先差距  

儘管TI過去幾年來憑藉著該公司在基頻IC產品技術與廣大的客戶來源等領先優勢而維繫無線通訊半導體市場領導者的地位於不墜,但自2003年全球半導體龍頭廠商Intel正式推出基頻晶片組加入無線通訊半導體市場的戰局後,TI也在此波壓力下開始進行一連串的產品開發與企業間合作策略。  

在新產品策略方面,TI自2003年以OMAP為基礎推出了整合數位基頻與應用處理器的新產品OMAP73X系列後,於2004年3月再推出OMAP2的新應用處理器。根據TI所發佈的OMAP2資料,這款以90奈米CMOS製程製作的應用處理器採用ARM11微處理器(運算時脈為330MHz)與 TMS320C55x DSP(運算時脈為220MHz)雙核心架構,除了可大幅提昇視訊與3D處理效能外,並可支援600像素的相機、DVD畫質視訊、互動遊戲控制台功能、高傳真度音樂和3D音效、類比和數位電視廣播接收、高速無線連結、VGA解析度以上的彩色液晶顯示器等功能。  

其次,在CDMA系統晶片的發展部分,自2003年與ST、Nokia合作開發CDMA 1X/ EV-DO系統手機晶片組後,雖然其間曾引起Qualcomm提出侵權告訴,不過在雙方以相互授權的方式解決專利權爭議後,TI已順利在2004年推出第一款cdma2000 1x晶片組。而為了拓展TI在手機代工市場的佔有率,早在2002年時TI便宣布,將推出整合射/基頻IC的手機系統單晶片原型產品,以邁向手機完整系統解決方案的領導地位。  

在策略結盟方面,TI除了與意法半導體(ST)合作開發CDMA晶片外,兩家公司亦合組了「開放行動應用介面聯盟」(OMAPI),推動手機標準應用平台與多媒體介面,而今年(2004)兩家公司更進一步結合ARM與Nokia成立了以制定處理器介面標準為目標的MIPI(The Mobile Industry Processor Interface)聯盟,以期主導未來應用處理器與多媒體周邊介面的規格標準。  

Qualcomm積極切入GSM市場  

Qualcomm繼2001年逆勢成長躍居無線通訊半導體市場第三名後,2002年憑藉其在CDMA系統技術的獨佔地位,市場營收較2001年成長39% 達19億美元,更進一步超越Motorola成為無線通訊半導體市場第二名的廠商。其主要的原因在於自2002年起cdma2000系統陸續在日本、韓國與美國地區正式進入商用化階段,且印度與中國大陸等新興市場也開始導入cdma系統,就連Motorola也宣布將採用該公司的晶片組生產CDMA系統手機,環顧全球CDMA晶片組供應商中,除了今年正式採用自行開發CDMA晶片的Nokia外,Qualcomm可說囊括了所有的CDMA IP與晶片組市場。  

相較於CDMA市場的強勢地位,Qualcomm在全球使用人口最多的GSM系統市場遠遜於其他半導體廠商。有鑑於此,Qualcomm近年來開始投入 GPRS、甚至是WCDMA系統手機晶片組的設計製造,包括MSM6280、MSM6275、MSM 6259,以及MSM6200等晶片組解決方案,都可適用於GSM/GPRS/ WCDMA系統。而Qualcomm更進一步計畫於2004年推出雙處理器核心的MSM7xxx系列,企圖以更快的處理效能與適用CDMA 1X/1X EV-DO與WCDMA雙系統的特性,吸引下一代手機製造廠的青睞。截至目前為止,Qualcomm已宣布採用該公司WCDMA晶片的手機製造廠已有 NEC、Toshiba、Samsung等亞洲地區的手機製造廠。  

Freescale瞄準OEM或ODM業者  

相較於TI與Qualcomm的大幅成長,Motorola在2002年僅較2001年成長7%,無線通訊半導體產品營收為16億美元,由原來的市場第二位落居至第三位。自2002年起,Motorola無線通訊半導體部門也一改以往僅提供該公司的手機部門使用的模式,轉向提供完整的手機晶片組平台給其他手機製造商,特別是以手機代工為主的亞洲地區OEM或ODM廠商。不過,為了徹底解決該公司半導體部門的虧損,Motorola於2003年將該公司的半導體部門獨立成為Freescale公司,以目前該公司主推的產品包括完整的手機系統平台以及多媒體手機解決方案Mobile Extreme Convergence (MXC)架構。前者包括「i.200」、「i.250」、「i.300」等三種適用不同系統的手機平台;後者則以MXC275應用處理器平台再搭配手機平台為主。這款新推出的多媒體手機解決方案亦採取ARM11微處理器(運算時脈可達500MHz)與Freescale的StarCore DSP(運算時脈可達208MHz)雙核心架構,分別用來處理多媒體應用與無線通訊協定。  

另外,該公司亦針對智慧型手機的開發推出了「i.Smart」參考設計。這款完整的智慧型手機解決方案,除了具有完整的射基頻晶片組外,還外加應用處理器「i.MX」,並提供完整的參考設計與軟體,預料隨著手機產品的生命週期縮短、產品多樣化等趨勢影響下,Freescale推出的完整解決方案將有助於該公司拓展亞洲地區手機代工廠商的市場。  

市場競爭從產品端提升到系統端  

從上述三家最具代表性的基頻晶片廠商的發展可以看出,手機基頻市場的競爭已由過去的數位基頻晶片延伸至應用處理器,亦由單一晶片擴大到系統解決方案的競爭。除了前三大廠商之外,其他包括ST、Infineon、Philips等半導體大廠亦已推出類似的產品參與需求日益增加的應用處理器與系統解決方案市場,例如ST的「Nomadik」、Philips的「Nexperia」等都屬於高階多媒體應用處理器,甚至可搭配專屬的手機晶片平台,以組成完整的解決方案。由此發展態勢不難看出,基頻市場的競爭不單僅是產品技術的競爭,還包括完整的參考設計與後端的製造協助,也為原本就極難跨入基頻市場構築了更高的進入障礙。  

不過,隨著多媒體應用的增加,許多中小型廠商也企圖從多媒體處理器或應用處理器切入市場,例如已被繪圖晶片大廠Nvidia收購的MediaQ、專攻應用處理器的NeoMagic等都屬於此類專攻利基市場的廠商。或許,我國廠商可以借鏡這兩家公司的發展,數位端的應用向來是我國IC廠商比較擅長的項目,因此,與多媒體周邊裝置廠商合作共同開發完整的多媒體裝置解決方案,或是與2nd Tier的基頻晶片廠商合作提供多媒體手機平台,將是現階段我國IC設計公司可參考的市場切入點。  

(本文作者為工研院IEK產業分析師)

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